《太阳能路灯设计开题报告文献综述（3300字）》

院别专业班级姓名学号联系方式题目微处理器太阳能路灯控制器系统设计开题申请：（包括选题的意义与目的、文献综述、研究现状、创新思路、论文提纲、进度安排、参考文献等。）选题的意义与目的：寻求绿色替代能源，实现可持续发展已成为世界各国面临的共同课题，太阳能光伏发电不排放CO2和SO2等污染性气体，也没有常规发电的噪音、固体废物和其他污染，是当前最重要的可再生能源之一。随着太阳能发电技术的不断发展，太阳能路灯以环保、节能、安全等优势成为城市道路照明行业的新宠，市场潜力巨大。

而太阳能路灯中最为核心的就是控制系统，控制器通过微处理器控制和显示的智能充放电控制器。低损耗、寿命长的元器件，保证其性能可靠，正常工作，减少系统的维护成本，特别是大大减少蓄电池的维护成本。通过对太阳能电池板的输出特性、蓄电池的充放电特性以及大功率LED路灯驱动电路的研究，设计一种太阳能路灯控制器。控制器是以单片机为核心，以DC/DC

变换电路为硬件基础，以PWM

技术为手段调节输出电压和电流，采用MPPT算法以及蓄电池充放电控制算法，极大突显了太阳能LED路灯系统的环保节能优势及应用前景。

由太阳能路灯控制器通过光电传感器来检测白天和黑夜，如果是白天则调用通用管理模块来给蓄电池充电，如果是黑夜，则调用供电管理模块来给负载供电，并实时的检测蓄电池的电压，防止蓄电池过充或者过放，对蓄电池有很好的保护作用。控制器是整个太阳能路灯控制系统中最重要的枢纽，设计更先进智能的控制器有利于太阳能路灯的发展和推广。文献综述：目前经常使用的MPPT算法可以分为以下几种:

(1)恒定电压控制法

我们知道,太阳能电池的最大功率点电压是其开路电压的78%左右。确定最大功率点时,先将负载断开,通过对开路电压进行采样和保持以作为控制部分的参考电压值。因为太阳能在光照条件相似的情况下其最大功率点的电压变化不大,接近于恒定,因此这种方法对日照和环境变化不大的地区比较适用。这种方法的优点是实现起来比较容易且成本低廉,但是其误差比较大。

(2)曲线拟合法

这是先将太阳能电池组件的输出特性测量出来,同时用数学表达式进行描述的方法。其方法的缺点是受限于复杂因素的影响,比如温度!老化以及电池的击穿等,不容易测量。

(3)导纳微分法

这种方法也被称为增量电导法。它认为在太阳能电池阵列的最大功率点处,输出功率对输出电压的一阶导数为零。所以当环境的光强发生变化时,就可以根据dI/dV的运算结果是否和-I/V相等来判定是否需要继续对输出电压进行调整,

这样就实现了最大功率点的跟踪。

(4)扰动观察法

扰动观察法是截止目前最为成熟且应用最大的方法。其基本思想就是控制充电电路开关信号的占空比,使之增大或者减少,从而改变电路的输出功率,根据功率的变化来决定对占空比的控制,是让其减小还是让其增大。在结构图中,扰动观察法不需要太多的硬件电路,A/D转换器需求的较少,因此制造时可以大大节省成本。但是这种方法也存在一些缺点,比如在对最大功率点进行跟踪的过程中,响应速度不能根据大气条件的迅速改变而进行相应调整,使得跟踪的速度变慢,引起功率的损失。

上面所介绍的四种方法,总结起来,各有利弊,都不能够同时具有成本低、稳定性高、追踪速度快等特点。比较起来,第一种方法只能对最大功率点的位置进行粗略估计,当光强变化到非常大或非常小时将会产生较大的误差。第二种方法使用前必须要弄清楚当地的环境和气候,同时还要对太阳能电池的工作状态进行实际测量,因此可移植性比较差。第三种方法对系统的检测精度要求较高,在一般的单片机系统中无法实现。通过分析比较,本课题采用了第四种方法,即首先判定当前的工作点是不是最大功率点,然后再根据判断结果来决定是否要继续调整,以及调整的方向。研究现状：随着智慧城市概念的兴起，城市管理的智能化水平不断提升；绿色低碳生活、绿色照明等环保理念更是不断深入市民理念。随着LED发光技术和制造工艺的发展，LED照明的应用优点和成本优势更加明显。针对LED照明的调光和控制技术也在不断的发展和进步，伴随着计算机技术、移动互联通信技术、无线控制技术和LED调光技术的发展，路灯的智能控制技术也在不断的发展和推广应用。纵观目前应用在路灯智能控制的技术，有利于整个项目的顺利开展和市场推广。目前国内外主要在路灯照明控制上经过下面几个主要的历程：时控方式，通过定时器工作来完成路灯的自动定时开关灯；电力线载波（PowerlineCommunication，PLC）方式，电力线载波方式是将路灯控制信号和路灯的工作参数信号在终端调制在供电线上，以控制路灯；移动通信网络控制方式，通过每个灯具配备一个移动网络通信终端来实现信息的传输，从而起到控制作用；Zigbee无线路灯控制，利用Zigbee无线通信方式对路灯节系统进行管理，城市路灯可以自行组网。针对目前技术存在的问题，结合九洲光电在实际工程中的经验和需要，本项目采用433MHz无线技术+移动网络无线通信技术的方式，从根本上克服了ZigBee和通用分组无线服务技术（GeneralPacketRadioService，GPRS）的缺陷。这样通过无线的方式，不需要专门改造架设布线，降低了建设成本，而且节省了GPRS流量费，系统的管理维护成本也较低。同时通过智能的控制和调光技术，最大化的实现二次节能，同时利用智能管理系统平台，能对整个系统内的路灯、路灯节点的工作数据做统计和分析，并提供给城市管理系统进行大数据分析，提高整个城市的管理水平。创新思路：根据各部分电路的功能不同，整体电路可以分为以下几个部分，太阳能电池板组件、过充过放电控制电路、STC12C2051单片机、A/D控制开关、蓄电池、时控光控电路、照明负载和时间显示电路。由电池通过7805稳压电路为单片机供电，并通过为蓄电池充电，当蓄电池电压较低时其容量损耗得很快，使用寿命也会缩减，为延长蓄电池的寿命，要防止蓄电池出现过充或过放，因此本电路加的有过充过放控制电路。论文提纲：研究利用扰动法来追踪太阳能最大功率点。

（2）太阳能LED路灯两个主要功能设计，第一通过太阳能给蓄电池充电；第二由蓄电池向LED路灯供电提供能量。在此需要根据检测到的太阳能电池与蓄电池的电压来控制蓄电池的充放电。

（3）蓄电池的充电控制主要有三个过程:主充、均充和浮充，这三个自动阶段主要是实现了三方面的功能，第一个功能是能够实现从充电状态到放电状态的转换，第二个功能是能够实现充电程序判断，第三个功能是能够实现停充控制。

（4）建立太阳能电池板模型，并根据模型设计太阳能电池板最大功率点跟踪算法。

成果形式：仿真模型+实物进度安排：工作阶段

;时间安排

;

阶段性目标及工作要点

选题阶段

;8月初

;选择与专业相关的课题

整理阶段

;8月中至9月初

;理顺写作思路收集阶段

;9月初到9月末;收集论文论点所需要的理论支持材料

写作阶段;10月初至11月中完成论文的纂写和修改

收尾阶段

;11月中到12月末;把论文按格式装订好，准备论文答辩参考文献：W.H.Peng.SituationandDevelopmentofUltraBrightandWhiteLEDIndustryinChina[J].LASER&INFRARED，2004，35（4）：223-227ChenZengwei，XiaoHui.AnAnalysisonLEDLightingApplicationinCityNightscape[J].LIGHT&LIGHTING，2009，33(2)：39-42盛凯.基于ZigBee和GPRS技术的智能路灯控制系统研究[D].山东：聊城大学，2015,4-1赖欣.LED光源在城市广场环境设施夜景照明设计中的应用.上海：东华大学，2011,4-6[5]何安科.基于STM32与光强传感器BH1750的无线路灯控制系统[J].企业科技与发展.2011，10-20[6]张利国;时念武.路灯控制系统应用研究[J].照明工程学报.2014，04:129-134[7]李帅.分布式智能照明控制系统[D].镇江：江苏大学，2011,3-7[8]陈国义.灯光控制由单机向网络的演变[C].2013影视舞台灯光网络与新技术研讨会论文集,北京,2003,11-20[9]王敏.ResearchonCityscapeSynergyOptimizationTheoryandPlanningMethod[D].武汉：华中科技大学，2012,2-8[10]张卫华.ARM下的嵌入式软硬件系统的设计分析[J].消费电子.2014，16：214[11]贾智平，张瑞华.嵌入式系统原理与接口技术[M].北京：清华大学出版社，2005,236-239[12]苏培华.嵌入式操作系统的发展现状[J].电子世界.2012年06月：19-20[13]张晓.嵌入式实时操作系统μCOS-Ⅱ的研究与应用[D].大连：大连海事大学，2006,4-6[14]李明，康静秋，贾智平.嵌入式TCP/IP协议栈的研究与开发[J].计算机工程与应用.2002，16：118-121[15]冯敬东，来萍.电子产品MTBF的意义及工程化计算方法[J].电子产品可靠性与环境试验.2008年02期[16]吴建建.路灯物联网的系统实现[D].北京：北京邮电大学，2015,6-1[17]岳立营.浅谈分布式数据库的数据存储[J].科技创新导报，2011，06,112[18]李亚鹏.基于FPGA的分布式通信控制系统的研究与实现[D].西安：西安电子科技大学，2012,5